DE2849256B2 - Mechanical seal - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Gleitringdichtung mit einem axial verschiebbar gelagerten Gleitring und einem Gegenring, die relativ zueinander drehbar sind und über radial verlaufende Dichtflächen gleitend aneinander anliegen, und einer Einrichtung zum Zuführen eines Sperrmediums, das bei normalem Betrieb aus einem ersten Bereich durch den von den Dichtflächen gebildeten Dichtspalt radial von innen nach außen in einen zweiten Bereich strömt, um den Austritt eines Mediums aus dem zweiten Bereich in den ersten Bereich zu verhindern.The invention relates to a mechanical seal with an axially displaceably mounted sliding ring and a counter ring, which can be rotated relative to one another and which slide over radially extending sealing surfaces abut one another, and a device for supplying a barrier medium, which in normal Operation from a first area through the sealing gap formed by the sealing surfaces radially from the inside flows outward into a second area in order to prevent a medium from escaping from the second area into the first area to prevent.
Eine Gleitringdichtung dieser Gattung ist aus dem DE-GM 19 82 170 bekannt. Bei dieser Gleitringdichtung strömt eine kontrollierte Menge der Sperrflüssigkeit radial nach außen durch den Dichtspalt. Der Gleitring ist auf seiner Rückseite außer mit dem Federdruck nur von der Sperrflüssigkeit beaufschlagt. Fällt daher der Druck der Sperrflüssigkeit aus irgendwelchen Gründen ab oder ganz aus, so wird der Gleitring nurmehr von der Federkraft in Richtung auf den Gegenring vorgespannt, so daß der Dichtspalt etwas größer wird und das abzudichtende Medium in umgekehrter Richtung durch den Dichtspalt austreten kann.A mechanical seal of this type is known from DE-GM 19 82 170. With this mechanical seal A controlled amount of the barrier fluid flows radially outwards through the sealing gap. The slip ring on its rear side, apart from the spring pressure, only the barrier fluid acts on it. Therefore falls the Pressure of the barrier fluid from or completely off for any reason, the sliding ring is only from the Spring force is preloaded in the direction of the counter ring, so that the sealing gap is slightly larger and that medium to be sealed can escape in the opposite direction through the sealing gap.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleitringdichtung der eingangs angegebenen Gattung so auszubilden, daß bei Absinken oder Ausfall des Sperrmediumdrucks ein Rückströmen des abzudichtenden Mediums durch den Dichtspalt im wesentlichen verhindert wird.The invention is based on the object of a mechanical seal of the type specified at the beginning to be designed in such a way that if the pressure of the barrier medium drops or fails, the pressure to be sealed flows back Medium is essentially prevented by the sealing gap.
Diese Aufgabe wird bei einer Gleitringdichtung mit dem eingangs angegebenen Merkmal erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Gleitring auf seiner dem Dichtspalt abgewandten Seite über eine von dem abzudichtenden Medium beaufschlagte radial äußere Fläche und eine von dem Sperrmedium beaufschlagte radial innere Fläche aufweist, wobei die effektive radial äußere Fläche größer als die effektive radial innere Fläche ist.This object is achieved according to the invention with a mechanical seal with the feature specified at the beginning solved in that the sliding ring on its side facing away from the sealing gap over one of the medium to be sealed acted upon radially outer surface and one acted upon by the barrier medium having radially inner area, the effective radially outer area being greater than the effective radially inner area Area is.
Aus der DE-AS 10 73 259 ist bereits eine Gleitringdichtung bekannt, bei der eine Sperrflüssigkeit in dem sich radial innerhalb des Dichtspaltes befindenden Bereich vorgesehen ist und die Rückseite des Gleitringes eine von dem abzudichtenden Medium beaufschlagte radial äußere Fläche und eine von dem SperrmediumFrom DE-AS 10 73 259 a mechanical seal is already known in which a barrier liquid in the is provided radially within the sealing gap and the rear of the sliding ring a radially outer surface acted upon by the medium to be sealed and one by the barrier medium
ι»ι »
beaufschlagte radial innere Fläche aufweist In diesem Fall ist jedoch ein Ausströmen der Sperrflüssigkeit radial nach außen durch den Dichtspalt praktisch nicht möglich und auch nicht erwünscht, da radiai außerhalb des Dichtspalts Atmosphärendruck herrscht. Die Gefahr einer Strömungsumkehr ist daher überhaupt nicht gegeben.has acted upon radially inner surface In this In this case, however, there is practically no leakage of the barrier fluid radially outward through the sealing gap possible and also not desired, since there is atmospheric pressure radiai outside the sealing gap. the There is therefore no risk of a flow reversal at all.
Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Gleitringdichtung dagegen ist der Gleitring bei normalem Betrieb so druckausgeglichen, daß sich ein kontrollierter Strom des Sperrmediums durch den Dichtspalt hindurch ergibt. Wenn nun der Druck des Sperrmediums abfällt und kleiner wird als der Druck des abzudichtenden Mediums, wird der Dichtring mit einer größeren resultierenden Kraft in Richtung auf den Dichtspalt gedrückt, da die von dem abzudichtenden Medium beaufschiagte effektive Fläche auf der Rückseite des Dichtrings größer als die vom abzudichtenden Medium beaufschlagte Fläche ist. Der Dichtspalt wird dadurch verengt, so daß ein Austritt des abzudichtenden Mediums im wesentlichen unterbunden ist.In the case of the mechanical seal designed according to the invention on the other hand, the sliding ring is so pressure-balanced during normal operation that a controlled Flow of the barrier medium results through the sealing gap. If now the pressure of the barrier medium drops and becomes smaller than the pressure of the medium to be sealed, the sealing ring with a larger one resulting force is pressed in the direction of the sealing gap, because of the medium to be sealed The effective area applied to the back of the sealing ring is larger than that of the medium to be sealed acted upon area is. The sealing gap is thereby narrowed, so that an exit of the Medium is essentially prevented.
Anhand der einzigen Figur, die einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Gleitringdichtung zeigt, wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.On the basis of the single figure, which shows a longitudinal section through a mechanical seal designed according to the invention shows, an embodiment of the invention is explained in more detail.
Die in der Figur dargestellte Gleitringdichtung 10 ist einer Welle 12 und einem Gehäuse 14 zugeordnet. Die Welle 10 besteht aus zwei Teilen 16, 18, die durch eine wellenförmige Kupplung 20 miteinander verbunden sind. Der Teil 16 ist mit einer getriebenen Produktpumpe PP verbunden. Der Teil 18 ist mit einem Motor M verbunden. Das Gehäuse 14 kann aus mehreren Teilen bestehen, wie beispielsweise dem Gehäuseteil 22, das von einem Mantel 24 umgeben ist.The mechanical seal 10 shown in the figure is assigned to a shaft 12 and a housing 14. The shaft 10 consists of two parts 16, 18 which are connected to one another by a wave-shaped coupling 20. The part 16 is connected to a driven product pump PP . The part 18 is connected to a motor M. The housing 14 can consist of several parts, such as the housing part 22, which is surrounded by a jacket 24.
Die Gleitringdichtung 10 besteht aus einem umlaufenden wellenseitigen Dichtungsteil 26 in einer Kammer 28 des Gehäuses 22 und einem stationären gehäuseseitigen Dichtungsteil 30. Der umlaufende Dichtungsteil 26 besteht aus einem ungefähr zylindrischen Gleitring 32, der mit Abstand zum Wellentei! 16 angeordnet ist und eine Dichtfläche 34 aufweist; der Gleitring 32 ist mit einem sich in Rückwärtsrichtung erstreckenden zylindrischen Abschnitt 36 versehen, der einen zylindrischen Abschnitt 38 eines Federhalters 40 von im wesentlichen zylindrischer Form umgibt; der Federhalter 40 ist mittels einer Schraube 42 an der Welle 16 befestigt. Die Schraube 42 weist einen zentralen Vorsprung 44 auf, der von einer entsprechend geformten öffnung 46 in der Welle 16 aufgenommen wird. Eine zylindrische Hülse 48 umgibt den Federhalter 40, in dem mit gleichen Abständen Federtaschen 50 gebildet sind. Jede der Federtaschen nimmt eine Schraubenfeder 52 auf, die den Gleitring 32 nach rechts (in der Zeichnung) elastisch vorspannt. Der Gleitring 32 ist mit einer axial verlaufenden Nut 54 versehen, die einen mit der Hülse 48 verbundenen Mitnehmerzapfen 56 aufnimmt. Die Hülse 48 ist mittels eines Mitnehmers wie dem oberen Ende der Schraube 42 mit dem Federhalter 40 verbunden. Diese Konstruktion sorgt für eine Drehsicherung des Gleitrings 32 relativ zum Federhalter 40. O-Ringdichtungen 58 und 60 in Nuten 62, 64 des Federhalters 40 bzw. des Gleitrings 32 dichten den Federhalter 40 bezüglich der Welle 16 und den Gleitring 32 bezüglich des zylindrischen Abschnitts 36 des Federhalters 40.The mechanical seal 10 consists of a circumferential, shaft-side sealing part 26 in a chamber 28 of the housing 22 and a stationary housing-side sealing part 30. The circumferential sealing part 26 consists of an approximately cylindrical sliding ring 32, which is at a distance from the shaft part! 16 is arranged and has a sealing surface 34; the sliding ring 32 is with a rearward extending cylindrical Section 36 provided, the a cylindrical portion 38 of a spring holder 40 of substantially surrounding cylindrical shape; the spring holder 40 is fastened to the shaft 16 by means of a screw 42. the The screw 42 has a central projection 44 which extends from a correspondingly shaped opening 46 in the Wave 16 is recorded. A cylindrical sleeve 48 surrounds the spring holder 40, in which with the same Distances spring pockets 50 are formed. Each of the spring pockets receives a coil spring 52, the elastically biases the slide ring 32 to the right (in the drawing). The slip ring 32 is axial with one extending groove 54 which receives a driving pin 56 connected to the sleeve 48. the The sleeve 48 is connected to the spring holder 40 by means of a driver such as the upper end of the screw 42 tied together. This construction ensures that the sliding ring 32 is secured against rotation relative to the spring holder 40. O-ring seals 58 and 60 in grooves 62, 64 of the spring holder 40 and the sliding ring 32 seal the Spring holder 40 with respect to the shaft 16 and the sliding ring 32 with respect to the cylindrical portion 36 of the Spring holder 40.
Der gehäuseseitige Dichtungsteil 30 besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Gegenring 66, der am Innendurchmesser so ausgebildet ist, daß er einenThe housing-side sealing part 30 consists of a substantially cylindrical counter ring 66, the is designed on the inner diameter so that it has a
zylindrischen Kanal 68 mit dem Wellenteil 16 bildet Der Gegenring 66 weist eine Dichtfläche 70 auf, die an der Dichtfläche 34 des Gleitrings 32 anliegt Der Gegenring 66 ist mit dem Gehäuse 22 über einen im wesentlichen zylindrischen, mit dem Gehäuse 22 »erschraubten Flansch 72 und über einen mit dem Dichtflansch 72 verschraubten Ring 74 verbunden. Ei: n O-Ringdichtung 76, die zwischen einem Flansch 78 des Dichtflansches 72 und einer ringförmigen Ausnehmung 80 des Gegenrings 66 angeordnet ist, bildet eine Abdichtung gegen einen Strömungimitteldurchtritt entlang des äußeren Umfangs des Gegenrings 66.The counter ring 66 has a sealing surface 70 which rests against the sealing surface 34 of the sliding ring 32 a ring 74 screwed to the sealing flange 72 is connected. Ei: n O-ring seal 76 of the mating ring 66 is disposed between a flange 78 of the sealing flange 72 and an annular recess 80 which forms a seal against a Strömungimitteldurchtritt along the outer circumference of the mating ring 66th
Der Mantel 24 ist mit mindestens einem Einlaßkanal 82 versehen, der mit einer Quelle eines Sperrmediums wie beispielsweise einem im Motor angeordneten Pumpring verbunden ist. Eine Verdrängerpumpe P versorgt den Motor mit Druck. Ein Einwegventil 84 ist zwischen der Pumpe P und dem Motor M angeordnet, um ein Rückströmen des Strömungsmittels zur Pumpe P zu verhindern. Das Gehäuse 22 ist mit ein^r Ringnut 86 versehen, die mit dem Einlaßkanal 82 in Verbindung steht, und das Gehäuse 22 weist einen oder mehrere axiale Verbindungskanäle 88 auf, die ihrerseits mit koaxialen Kanälen 90 im Dichtflansch 72 in Verbindung stehen. Die Quelle des Sperrmediums liefert einen konstanten Strom bei einem Druck, der größer ist als der auf der linken Seite der Dichtung, d. h. des Produktes, das von der Produktpumpe PP ± efördert wird.The jacket 24 is provided with at least one inlet channel 82 which is connected to a source of a barrier medium such as a pump ring located in the engine. A positive displacement pump P supplies the engine with pressure. A one-way valve 84 is positioned between pump P and motor M to prevent the fluid from flowing back to pump P. The housing 22 is provided with an annular groove 86 which communicates with the inlet channel 82 , and the housing 22 has one or more axial connecting channels 88, which in turn are connected to coaxial channels 90 in the sealing flange 72. The source of the barrier medium supplies a constant flow at a pressure which is greater than that on the left-hand side of the seal, that is to say of the product that is being conveyed by the product pump PP ± e.
Ein Sperrmedium, bei konstantem Durchsatz (z. B. in der Größenordnung von 1 gpm oder weniger) und bei einer Temperatur, die kleiner ist als an der Produktpumpe PP, wird durch die Verdrängerpumpe P von einer Quelle durch das Einwegventil 84 in den Motor eingeführt, und der Pumpring fördert das Sperrmedium in den Einlaßkanal 82. Das Sperrmedium strömt in die Ringnut 86 und durch die Verbindungskanäle 88, 90 in eine Ringkammer 92. Ein Teil des Sperrmediums strömt zum Innendurchmesser der Dichtflächen 34, 70. Wegen des Druckausgleichs, der Federkraft und anderen Auslegungsmerkmalen wird ein Gegendruck erzeugt, und ein Teil des Sperrmediums strömt über die Dichtflächen zu der Produktpumpe PP, wie durch die Pfeile angedeutet ist Das über die Dichtflächen strömende Sperrmedium kühlt, schmiert und schützt die Dichtflächen mit einem Minimum an Sperrmedium, und insbesondere wird dadurch verhindert, daß Produktrne-•3 dium von der Produktpumpe PP zum Motor M strömt, wodurch der Motor geschont wird- Außerdem wird von dem Sperrmedium in der Nut 86 eine Kühlwirkung auf die Dichtung ausgeübt Überschüssiges Sperrmedium strömt durch einen Kanal 94 in der Welie 18 zurück zumA barrier medium, at constant flow rate (e.g., on the order of 1 gpm or less) and at a temperature less than that at product pump PP, is introduced into the engine by positive displacement pump P from a source through one-way valve 84 , and the pump ring conveys the barrier medium into the inlet channel 82. The barrier medium flows into the annular groove 86 and through the connecting channels 88, 90 into an annular chamber 92. Part of the barrier medium flows to the inner diameter of the sealing surfaces 34, 70. Because of the pressure compensation, the spring force and other design features, a back pressure is generated, and part of the barrier medium flows over the sealing surfaces to the product pump PP, as indicated by the arrows.The barrier medium flowing over the sealing surfaces cools, lubricates and protects the sealing surfaces with a minimum of barrier medium, and in particular is this prevents product medium from flowing from the product pump PP to the motor M , which protects the motor - In addition, a cooling effect is exerted on the seal by the barrier medium in the groove 86. Excess barrier medium flows through a channel 94 in the shaft 18 back to the
ι ο Pumpring, um erneut umgepumpt zu werden.ι ο Pump ring to be pumped again.
Im Fall einer Druckumkehr, d. h- wenn der Druck des Mediums in der Produktpumpe PP oberhalb dem des Sperrmediums liegt (wegen Betriebsschwierigkeiten der Pumpe P oder eines Mangels an Sperrmedium), wird dieIn the case of a pressure reversal, i. h- if the pressure of the medium in the product pump PP is above that of the barrier medium (due to operational difficulties of pump P or a lack of barrier medium), the
ι --, Dichtung in herkömmlicher Weise, d. h. vom Außendurchmesser her, mit Druck versorgt. Ein Rückströmen des Sperrmediums zur Pumpe P wird normalerweise durch das Ventil 84 verhindertι -, seal in a conventional manner, ie from the outside diameter, supplied with pressure. A backflow of the barrier medium to the pump P is normally prevented by the valve 84
In der Zeichnung ist die Dichtfläche mit S, einIn the drawing, the sealing surface is marked with S, a
2u Durchmesser des umlaufenden Gleitrings mit BD (auch bekannt als Ausgleichsdurchmesser) und die gegenüberliegenden Druckseiten der Dichtung mit A und B bezeichnet. Ein großer Prozentsatz der Dichtfläche 5 liegt radial außerhalb des Ausgleichsdurchmessers BD, 2u diameter of the rotating seal ring with BD (also known as compensation diameter) and the opposite pressure sides of the seal with A and B. A large percentage of the sealing surface 5 lies radially outside the compensation diameter BD,
2) und der Rest liegt radial innerhalb von BD. Wenn daher der erste Prozentsatz 75% beträgt, so beträgt das Dichtungsausgleichsverhältnis in einer radial nach innen zeigenden Richtung bei B 75%, während das Dichtungsausgieichsverhältnis in einer radial nach außen zeigenden Richtung bei A 25% beträgt Ein Strömen des Sperrmediums radial nach außen von A nach B tritt somit ohne Schwierigkeiten ein: bei einem Ausfall des Sperrmediums erfolgt jedoch ein Strömen des Pumpmediums nicht ohne weiteres; d. h., es wird im wesentlichen2) and the rest lies radially inward of BD. Therefore, if the first percentage is 75%, so the seal compensation ratio is 75% in a radially inwardly facing direction at B, while the Dichtungsausgieichsverhältnis in a radially outwardly facing direction at A 25% is a flow of sealing medium radially outwardly from A to B thus occurs without difficulty: if the barrier medium fails, however, the pump medium does not flow easily; that is, it will essentially
i> unterbunden.i> prevented.
Die Zufuhr des Sperrmediums wird in die Zufuhr des Motormediums integriert, und ein "Wärmetauscher Eist, wie dargestellt, in das System eingebaut. Der Wärmetauscher £ dient nicht nur dazu, dem Sperrmedium, dasThe supply of the barrier medium is integrated into the supply of the engine medium, and a "heat exchanger Eist, built into the system as shown. The heat exchanger £ is not only used to supply the barrier medium, the
4i) den Motor berührt hat, Wärme zu entziehen, sondern auch zur »Konditionierung« des dem Innendurchmesser der Dichtung zuströmenden Mediums.4i) has touched the motor to withdraw heat, but rather also for "conditioning" the medium flowing towards the inside diameter of the seal.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (1)
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Legal Events
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Owner name: BW/IP INTERNATIONAL INC., LONG BEACH, CALIF., US |
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